Atividade mecânica do coração

A atividade mecânica do coração é a manifestação da atividade elétrica na forma de contração e relaxamento do miocárdio. A ativação elétrica dos cardiomiócitos provoca alterações na concentração de Ca²⁺ no citoplasma, o que permite a interação entre as proteínas contráteis e o desenvolvimento de tensão. Essa tensão modifica a pressão e o volume das câmaras cardíacas e, como consequência, movimenta o sangue através das valvas e dos vasos. 

Ciclo cardíaco. O ciclo cardíaco corresponde ao conjunto de eventos mecânicos que ocorre entre o início de uma contração cardíaca e o início da contração seguinte. Embora os lados direito e esquerdo do coração funcionem simultaneamente, podemos utilizar o ventrículo esquerdo como modelo para compreender seus princípios gerais. O mesmo processo ocorre no ventrículo direito, mas as pressões são menores porque ele bombeia sangue para a circulação pulmonar, que apresenta menor resistência ao fluxo. O ciclo ventricular pode ser compreendido em quatro grandes fases: enchimento ventricular, contração isovolumétrica, ejeção ventricular e relaxamento isovolumétrico. Essas fases formam uma sequência contínua, determinada pelas variações de pressão entre as câmaras cardíacas e os vasos.

Enchimento ventricular. Durante a diástole ventricular, o miocárdio relaxado apresenta pressão menor que a do átrio correspondente. Essa diferença de pressão provoca a abertura das valvas atrioventriculares e permite que o sangue passe dos átrios para os ventrículos. O enchimento ocorre principalmente de forma passiva, em razão do gradiente de pressão, embora a contração atrial no final da diástole possa contribuir adicionalmente para o preenchimento ventricular. Enquanto a pressão ventricular permanecer inferior à pressão da aorta ou do tronco pulmonar, as valvas semilunares permanecem fechadas.

Volume diastólico final. Ao final do enchimento, o ventrículo contém o maior volume de sangue daquele ciclo. Esse volume é denominado volume diastólico final (VDF). O VDF depende do enchimento ventricular e constitui uma referência importante para compreender a força que o miocárdio poderá desenvolver durante a contração. A relação entre o enchimento ventricular e a força de contração será aprofundada posteriormente ao estudarmos a regulação do coração.

Contração isovolumétrica. A ativação elétrica dos ventrículos desencadeia a contração dos cardiomiócitos e provoca aumento rápido da pressão ventricular. Quando a pressão ventricular se torna maior que a pressão atrial, as valvas atrioventriculares se fecham. Nesse momento, a pressão ventricular ainda não é suficiente para abrir as valvas aórtica ou pulmonar. Todas as valvas permanecem, portanto, fechadas. O ventrículo está se contraindo e desenvolvendo pressão, mas não há entrada nem saída de sangue, de modo que seu volume permanece constante. Essa fase demonstra que contração não significa necessariamente ejeção: o miocárdio pode desenvolver tensão enquanto o sangue permanece temporariamente dentro da câmara.

Ejeção ventricular. A contração continua aumentando a pressão ventricular até que ela ultrapasse a pressão existente na artéria de saída. No ventrículo esquerdo, a valva aórtica se abre quando a pressão ventricular supera a pressão aórtica; no ventrículo direito, a valva pulmonar se abre quando a pressão ventricular supera a pressão no tronco pulmonar. O sangue então é ejetado para a circulação. Durante a ejeção, o volume ventricular diminui e a pressão ventricular inicialmente aumenta, atingindo um valor máximo, e posteriormente começa a cair. O sangue não é ejetado simplesmente porque o coração “empurra” seu conteúdo: a ejeção ocorre porque a pressão desenvolvida pelo ventrículo supera a pressão existente no vaso de saída.

Fluxo através das valvas. A abertura e o fechamento das valvas cardíacas resultam das diferenças de pressão entre seus dois lados. Uma valva se abre quando a pressão do lado que a precede se torna maior que a pressão do lado para o qual o sangue deve passar; ela se fecha quando essa relação se inverte. As valvas, portanto, não precisam de uma contração própria para controlar o fluxo. Sua estrutura permite que respondam passivamente às variações de pressão produzidas durante o ciclo cardíaco.

Volume sistólico e volume sistólico final. O ventrículo não ejeta todo o sangue que recebeu durante a diástole. Ao final da ejeção, permanece uma quantidade de sangue denominada volume sistólico final (VSF). O volume efetivamente ejetado durante um ciclo é o volume sistólico (VS). A relação entre essas variáveis é expressa por:

VS = VDF − VSF

O volume sistólico representa, portanto, a quantidade de sangue que um ventrículo consegue ejetar a cada contração. Ele é uma das principais variáveis utilizadas para caracterizar a função de bomba do coração.

Fração de ejeção. O volume sistólico informa a quantidade absoluta de sangue ejetada, mas não indica qual proporção do volume ventricular foi expelida. Essa informação é fornecida pela fração de ejeção (FE), calculada pela relação entre o volume sistólico e o volume diastólico final:

FE = (VS / VDF) × 100

A fração de ejeção representa, assim, a porcentagem do volume presente no ventrículo ao final da diástole que é ejetada durante a sístole. Assim, volume sistólico e fração de ejeção fornecem informações diferentes: o primeiro expressa uma quantidade de sangue, enquanto a segunda expressa uma proporção.

Relaxamento isovolumétrico. Ao final da ejeção, os ventrículos começam a relaxar e sua pressão diminui. Quando a pressão ventricular se torna menor que a pressão na aorta ou no tronco pulmonar, as valvas semilunares se fecham. As valvas atrioventriculares ainda permanecem fechadas porque a pressão ventricular continua superior à pressão atrial. Nesse breve período, todas as valvas estão fechadas e não há entrada ou saída de sangue; por isso, o volume ventricular permanece constante. Essa fase é denominada relaxamento isovolumétrico. Quando a pressão ventricular finalmente se torna inferior à pressão atrial, as valvas atrioventriculares se abrem e começa um novo enchimento ventricular.

Sístole e diástole. Os termos sístole e diástole descrevem, de maneira geral, os períodos de contração e relaxamento do coração. Na sístole ventricular ocorrem a contração isovolumétrica e a ejeção. Na diástole ventricular ocorrem o relaxamento isovolumétrico e o enchimento. Essa divisão é útil, mas não significa que todo o coração esteja simultaneamente em contração ou relaxamento, pois a atividade dos átrios e dos ventrículos ocorre de maneira coordenada e parcialmente sobreposta.

Pré-carga. A quantidade de sangue ejetada pelo ventrículo depende das condições em que o miocárdio inicia a contração. A pré-carga corresponde ao grau de estiramento das fibras miocárdicas ventriculares ao final da diástole, imediatamente antes da contração. Ela está relacionada ao enchimento ventricular e, em condições fisiológicas, o volume diastólico final é frequentemente utilizado como uma estimativa da pré-carga. O grau de estiramento inicial das fibras influencia a força desenvolvida durante a contração, relação que constitui a base do mecanismo de Frank-Starling e será discutida no tópico de regulação do coração.

Pós-carga. A pós-carga corresponde às condições mecânicas que o ventrículo precisa superar para ejetar o sangue. No ventrículo esquerdo, a pressão na aorta é um dos principais componentes dessa carga; no ventrículo direito, a pressão existente na circulação pulmonar exerce papel equivalente. Quanto maior a carga contra a qual o ventrículo precisa ejetar, maior tende a ser a dificuldade de esvaziamento ventricular, mantidas as demais condições. A pós-carga, portanto, não é simplesmente sinônimo de pressão arterial, mas a carga enfrentada pelo miocárdio durante a ejeção.

Contratilidade. A contratilidade corresponde à capacidade intrínseca do miocárdio de desenvolver força, independentemente de alterações do comprimento inicial das fibras. Um aumento da contratilidade permite ao ventrículo desenvolver maior força para uma determinada condição de enchimento e pós-carga, favorecendo a ejeção e reduzindo o volume que permanece no ventrículo ao final da sístole. A disponibilidade intracelular de Ca²⁺ exerce papel central nesse processo, e a influência do sistema nervoso autônomo sobre a contratilidade será abordada posteriormente.

Trabalho cardíaco. Para movimentar o sangue, o coração precisa realizar trabalho mecânico. O ventrículo desenvolve pressão e desloca um determinado volume de sangue contra uma carga representada pelo sistema vascular. Assim, o trabalho realizado em cada ciclo está relacionado tanto à pressão desenvolvida quanto ao volume ejetado. O trabalho cardíaco aumenta quando o coração precisa gerar maior pressão ou movimentar maior volume de sangue, o que implica maior demanda energética pelo miocárdio.

Átrios. Os átrios também participam ativamente da dinâmica do ciclo cardíaco. Durante grande parte da diástole ventricular, recebem continuamente sangue proveniente das veias e permitem que parte desse sangue passe diretamente para os ventrículos quando as valvas atrioventriculares estão abertas. No final da diástole, a contração atrial aumenta transitoriamente a pressão atrial e pode contribuir para o enchimento ventricular. Em condições habituais, essa contribuição representa apenas parte do enchimento total, mas sua importância pode aumentar quando a frequência cardíaca ou as propriedades de enchimento ventricular se modificam.

Relação entre pressão e volume. A atividade mecânica cardíaca pode ser compreendida pela relação contínua entre a pressão e o volume dentro das câmaras. Durante o enchimento, o volume ventricular aumenta; durante a contração isovolumétrica, o volume permanece constante enquanto a pressão aumenta; durante a ejeção, o volume diminui enquanto o ventrículo mantém pressão suficiente para impulsionar o sangue; e durante o relaxamento isovolumétrico, o volume permanece constante enquanto a pressão diminui. Essa relação pode ser representada graficamente pelo loop pressão-volume, que descreve uma alça correspondente a um ciclo completo de atividade ventricular.

O ciclo cardíaco pode ser resumido como uma sequência contínua: enchimento ventricular → contração isovolumétrica → ejeção → relaxamento isovolumétrico → novo enchimento. A cada ciclo, as variações de pressão determinam a abertura e o fechamento das valvas, enquanto as alterações de volume refletem a entrada e a saída de sangue do ventrículo. O resultado é a transformação da energia produzida pela contração do miocárdio em fluxo sanguíneo através das circulações pulmonar e sistêmica.

Representação esquemática do ciclo pressão-volume do ventrículo esquerdo, evidenciando as principais fases do ciclo cardíaco: contração e relaxamento isovolumétricos e períodos de ejeção e enchimento ventricular, delimitados pela abertura e pelo fechamento das válvulas mitral e aórtica.